(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体に含まれる特定成分の濃度を検出するセンサ部と、
前記センサ部と一体、または前記液体の流れ方向において前記センサ部の上流側に設けられ、前記センサ部への異物の堆積を妨げる堆積制限部と、
前記センサ部および前記堆積制限部を収容し、前記液体が流れる液体通路を形成する通路形成部材と、を備え、
前記堆積制限部は、
前記液体通路における前記液体の流れ方向において前記センサ部の上流側に設けられ、前記液体通路を流れる前記液体に電圧を印加して前記液体を帯電させる帯電部と、
前記液体通路の前記帯電部と前記センサ部との間に設けられ、前記帯電部で帯電した異物を捕捉する捕捉部と、
を有することを特徴とする濃度センサ装置。
【請求項２】
前記液体通路に設けられ、前記帯電部を通過した前記液体の流れを前記センサ部側と前記捕捉部側とに分離する壁部をさらに備えることを特徴とする請求項１記載の濃度センサ装置。
【請求項３】
前記堆積制限部は、前記液体通路の前記センサ部より下流側に設けられ、前記液体通路を流れる前記液体に電圧を印加して、前記帯電部で帯電した前記液体の電荷を除去する除電部を有することを特徴とする請求項１または２記載の濃度センサ装置。
【請求項４】
前記帯電部に印加される電圧と前記捕捉部に印加される電圧とは、それぞれ極性が正または負で異なり、かつ一方の極性から他方の極性へ反転することなく一方の極性を維持することを特徴とする請求項１から３のいずれか一項記載の濃度センサ装置。
【請求項５】
前記帯電部および前記捕捉部で前記液体に印加される電圧は、１ｋＨｚ以上の交流電圧であり、一方の極性の最大値および他方の極性の最小値は接地電圧であることを特徴とする請求項４記載の濃度センサ装置。
【請求項６】
前記捕捉部は、前記液体通路の軸と平行に延びる少なくとも一枚以上の板状の電極部材を有し、
前記電極部材は、上流側の端部が前記液体通路の軸に垂直な断面において任意の位置における弦に対応する板幅を有し、下流側の端部に向けて前記板幅が縮小することを特徴とする請求項１から５のいずれか一項記載の濃度センサ装置。
【請求項７】
前記捕捉部は、前記液体通路の軸に対し傾斜して延びる少なくとも一枚以上の板状の電極部材を有し、
前記電極部材は、前記液体通路の上流側から下流側へ向けて前記液体通路の少なくとも一部の幅を狭めていることを特徴とする請求項１から５のいずれか一項記載の濃度センサ装置。
【請求項８】
前記捕捉部は、少なくとも一枚以上の筒状の錐形状の電極部材を有し、
前記電極部材は、前記液体通路の上流側から下流側へ向けて内径が縮小していることを特徴とする請求項１から５のいずれか一項記載の濃度センサ装置。
【請求項９】
前記捕捉部は、少なくとも一枚以上の筒状の錐形状の電極部材を有し、
前記電極部材は、前記液体通路の上流側から下流側へ向けて前記液体通路における前記液体の流れを前記通路形成部材の内壁へ案内する形状であることを特徴とする請求項１から５のいずれか一項記載の濃度センサ装置。
【請求項１０】
前記通路形成部材に振動を与える振動付与手段をさらに備えることを特徴とする請求項１から９のいずれか一項記載の濃度センサ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、濃度センサ装置に関し、特に液体に含まれる特定成分の混合比を検出する濃度センサ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、各種の液体に含まれる特定成分の濃度を検出する濃度センサ装置が広く用いられている。例えば、近年では、石油を由来とするガソリンや軽油にアルコールなどの生物由来の成分を混合したアルコール混合燃料の利用が図られている。内燃機関の性能あるいは制御は、混合燃料における石油由来の成分と生物由来の成分との混合比すなわちアルコール濃度によって変化する。そのため、混合燃料におけるアルコール濃度を高精度に検出することが要求される。このように、アルコール混合燃料に限らず、各種の分野において液体中の特定成分の濃度を高精度に検出することが要求されている。このような濃度センサ装置の例として、例えば混合燃料のアルコール濃度を検出する特許文献１が公知である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特表平５−５０７５６１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に開示されているセンサ装置は、燃料が流れる通路を形成するケーシングおよびケーシング内に設けられているセンサ素子を備えている。通路を流れる混合燃料に晒されているセンサ素子は、燃料に直接触れることによりアルコール濃度を検出する。しかしながら、特許文献１の場合、ケーシングが形成している流路は複雑な迷路形状を構成しているとともに、この複雑な流路に大型のセンサ素子が設けられている。そのため、燃料などの液体に含まれる異物、すなわち固形物や気泡は、センサ素子の検出部に付着しやすい。その結果、異物の付着にともなって、液体に含まれる特定成分の濃度の検出精度が低下するという問題がある。
【０００５】
そこで、本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、センサ部への異物の付着を低減し、液体に含まれる特性成分の検出精度が高い濃度センサ装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
請求項１または１１記載の発明では、堆積制限部を備えている。堆積制限部は、センサ部への異物の堆積を妨げる。この堆積制限部は、センサ部と一体、または液体の流れ方向においてセンサ部の上流側に設けられている。これにより、液体に含まれる異物は、堆積制限部によってセンサ部への付着および堆積が妨げられる。したがって、センサ部への異物の堆積が妨げられ、液体に含まれる特性成分の濃度の検出精度を高めることができる。
【００１７】
請求項１記載の発明では、通路形成部が形成する液体通路に収容されている堆積制限部は、センサ部とは別体の帯電部および捕捉部を有している。液体通路を流れる液体は、帯電部において電圧が印加されることにより帯電する。液体に含まれる異物は、液体とともに帯電する。そのため、液体が捕捉部を通過することにより、液体に含まれる帯電した異物はセンサ部に至る前に捕捉部で捕捉される。したがって、センサ部への異物の付着および堆積が低減され、液体に含まれる特定成分の検出精度を高めることができる。
【００１８】
請求項２記載の発明では、液体通路に壁部を備えている。壁部は、帯電部を通過した液体の流れをセンサ部側と捕捉部側とに分離する。帯電部で帯電した液体に含まれる異物は、捕捉部側へ移動しやすい。そのため、液体の流れを壁部により捕捉部側とセンサ部側とに分離することにより、液体に含まれる異物はセンサ部側へ流入しにくくなる。したがって、センサ部への異物の付着および堆積がより低減され、液体に含まれる特定成分の検出精度を高めることができる。
【００１９】
請求項３記載の発明では、堆積制限部はセンサ部の下流側に除電部を有している。これにより、帯電部および捕捉部で帯電した液体は、除電部によって除電される。帯電部および捕捉部において液体に電荷を帯電させることにより、センサ部よりも下流側に設けられている機器や装置に影響を与えるおそれもある。そこで、除電部は、センサ部を通過した液体の電荷を除電する。これにより、帯電した液体がセンサ部よりも下流側に設けられている機器や装置に影響を与えることはない。したがって、外部への影響を低減することができる。
【００２０】
請求項４記載の発明では、帯電部に印加される電圧と捕捉部に印加される電圧とは、それぞれ極性が正（＋）または負（−）で異なっている。例えば帯電部で正の電圧を印加するとき、捕捉部では負の電圧が印加される。そして、帯電部および捕捉部では、いずれも一方の極性から他方の極性へ反転することなく一方の極性を維持する。すなわち、帯電部で正の電圧を印加する場合、帯電部は常に正の電圧を維持し、捕捉部は負の電圧を維持する。これにより、帯電部で帯電した異物は、捕捉部によって確実に捕捉され、センサ部側への移動が制限される。したがって、センサ部への異物の付着および堆積が低減され、液体に含まれる特定成分の検出精度を高めることができる。
【００２１】
請求項５記載の発明では、帯電部および捕捉部で液体に印加される電圧は１ｋＨｚ以上の交流電圧である。そして、この電圧は、負側の最大値および正側の最小値が接地電圧に設定されている。液体に直流電圧や低周波の交流を印加すると、液体および液体に含まれる種々の成分が電気化学的な反応を生じるおそれがある。そのため、帯電部および捕捉部では、液体が不可逆的な化学変化を生じないために、１ｋＨｚ以上の交流電圧を印加している。したがって、液体の変化を低減し、外部への影響を低減することができる。
【００２２】
請求項６記載の発明では、捕捉部は少なくとも一枚以上の板状の電極部材を有している。この板状の電極部材は、液体通路の軸と平行に延び、上流側が液体通路の軸に垂直な断面において任意の位置における弦に対応する板幅を有している。すなわち、電極部材は、液体通路の上流側において、液体通路を形成する通路形成部材の一端から他端側に達する板幅を有している。そして、この電極部材は、下流側ほど板幅が縮小している。すなわち、電極部材は、帯電部側ほど板幅が大きく、センサ部側ほど板幅が小さい。これにより、帯電部を通過した液体は、板幅の大きな上流側で異物が効果的に除去される。また、電極部材は、液体通路と平行に延びることにより、液体通路を流れる液体の圧力損失が低減される。したがって、液体の圧力損失を低減しつつ、液体に含まれる異物をセンサ部の上流側で捕捉することができ、センサ部の濃度検出精度を高めることができる。
【００２３】
請求項７記載の発明では、捕捉部は少なくとも一枚以上の板状の電極部材を有している。この板状の電極部材は、液体通路の軸に対して傾斜して延びている。そして、この電極部材は、液体通路の上流側から下流側へ向けて液体通路の少なくとも一部の幅を狭めている。そのため、液体通路を流れる液体は、徐々に狭まる電極部材の間を流れる。これにより、液体に含まれる異物は、捕捉部に捕捉されやすくなる。したがって、液体に含まれる異物をセンサ部の上流側で捕捉することができ、センサ部の濃度検出精度を高めることができる。
【００２４】
請求項８記載の発明では、捕捉部は少なくとも一枚以上の筒状で錐形状の電極部材を有している。すなわち、捕捉部は、例えば円錐や角錐形状の電極部材を有している。そして、この電極部材は、上流側から下流側へ向けて内径が縮小している。そのため、液体は、徐々に内径が縮小する電極部材を通過する。これにより、液体に含まれる異物は、捕捉部に捕捉されやすくなる。したがって、液体に含まれる異物をセンサ部の上流側で捕捉することができ、センサ部の濃度検出精度を高めることができる。
【００２５】
請求項９記載の発明では、捕捉部は少なくとも一枚以上の筒状で錐形状の電極部材を有している。すなわち、捕捉部は、例えば円錐や角錐形状の電極部材を有している。そして、この電極部材は、上流側から下流側へ向けて液体通路における液体の流れを通路形成部材の内壁側へ案内する形状である。そのため、液体は、徐々に通路形成部材の内壁に近づく電極部材を通過する。これにより、液体に含まれる異物は捕捉部に捕捉されやすくなるとともに、液体の圧力損失が比較的小さくなる。したがって、液体に含まれる異物をセンサ部の上流側で捕捉することができ、センサ部の濃度検出精度を高めることができる。
【００２６】
請求項１０記載の発明では、通路形成部材に振動を与える振動付与手段を備えている。液体通路に設けられる帯電部および捕捉部などは、長期間の使用によって異物が堆積するおそれがある。そこで、間欠的に振動付与手段で液体通路を形成する通路形成部材を振動させることにより、通路形成部材とともに帯電部および捕捉部も振動する。したがって、帯電部および捕捉部への異物の堆積を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の第１参考形態による濃度センサ装置の概略を示す断面図
【図２】濃度センサ装置の配管部材への取り付け状態を示す模式図
【図３】本発明の第２参考形態による濃度センサ装置の概略を示す断面図
【図４】本発明の第３参考形態による濃度センサ装置の概略を示す断面図
【図５】本発明の第４参考形態による濃度センサ装置の概略を示す断面図
【図６】本発明の第５参考形態による濃度センサ装置の概略を示す断面図
【図７】本発明の第６参考形態による濃度センサ装置の概略を示す断面図
【図８】本発明の第７参考形態による濃度センサ装置の概略を示す断面図
【図９】本発明の第８参考形態による濃度センサ装置の概略を示す断面図
【図１０】本発明の第９参考形態による濃度センサ装置を示す概略図であり、（Ａ）は平面図であり、（Ｂ）は（Ａ）のＡ−Ａ線における断面図
【図１１】本発明の第１０参考形態による濃度センサ装置を示す図１０（Ｂ）に相当する図
【図１２】本発明の第１１参考形態による濃度センサ装置を示す概略図であり、（Ａ）は平面図であり、（Ｂ）は（Ａ）のＡ−Ａ線における断面図
【図１３】本発明の第１２参考形態による濃度センサ装置を示す概略図であり、（Ａ）は図１０（Ｂ）に相当する図、（Ｂ）は（Ａ）の矢印Ｂ方向からの矢視図
【図１４】本発明の第１３参考形態による濃度センサ装置の配管部材への取り付け状態を示す模式図
【図１５】本発明の第１実施形態による濃度センサ装置を示す模式図
【図１６】第１実施形態において帯電部および捕捉部へ印加する電圧の変化を示す模式図
【図１７】本発明の第２実施形態による濃度センサ装置を示す模式図
【図１８】（Ａ）は図１７のＡ−Ａ線における断面図、（Ｂ）は図１７のＢ−Ｂ線における断面図
【図１９】本発明の第２実施形態による濃度センサ装置を示す模式図
【図２０】（Ａ）は本発明の第３実施形態による濃度センサ装置を示す模式図、（Ｂ）は（Ａ）のＢ−Ｂ線における断面図
【図２１】本発明の第３実施形態による濃度センサ装置を示す模式図
【図２２】本発明の第４実施形態による濃度センサ装置を示す模式図
【図２３】本発明の第４実施形態による濃度センサ装置を示す模式図
【図２４】本発明の第５実施形態による濃度センサ装置を示す模式図
【図２５】本発明の第５実施形態による濃度センサ装置を示す模式図
【図２６】本発明の第６実施形態による濃度センサ装置を示す模式図
【図２７】本発明の第６実施形態による濃度センサ装置を示す模式図
【図２８】本発明の第７実施形態による濃度センサ装置を示す模式図
【図２９】本発明の第７実施形態による濃度センサ装置を示す模式図
【図３０】本発明の第８実施形態による濃度センサ装置を示す模式図
【図３１】（Ａ）は本発明の第１４参考形態による濃度センサ装置の断面を示す模式図、（Ｂ）は（Ａ）の矢印Ａ方向からの矢視図
【図３２】本発明の第１５参考形態による濃度センサ装置を示す図３１（Ａ）に相当する図
【図３３】本発明の第１６参考形態による濃度センサ装置を示す図３１（Ａ）に相当する図
【図３４】本発明の第１７参考形態による濃度センサ装置を示す図３１（Ａ）に相当する図
【図３５】図３４の矢印Ａ方向からの矢視図
【図３６】本発明の第１７参考形態による濃度センサ装置の変形例を示す図３５に相当する図
【図３７】本発明の第１８参考形態による濃度センサ装置の図３１（Ａ）に相当する図
【図３８】本発明の第１８参考形態による濃度センサ装置の変形例を示す図３５に相当する図
【発明を実施するための形態】
【００３１】
以下、濃度センサ装置の複数の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、複数の実施形態において実質的に同一の構成部位には同一の符号を付し、説明を省略する。以下に説明する濃度センサ装置は、例えば液体としての混合燃料を適用し、この混合燃料に含まれる特定成分である生物由来のアルコールの濃度を検出する。
【００３２】
（第１参考形態）
第１参考形態による濃度センサ装置を図１に示す。第１参考形態の濃度センサ装置１０は、図１に示すように基板１１、センサ部１２および圧電素子部１３を備えている。基板１１は、例えばシリコンなどの半導体で形成されている。濃度センサ装置１０は、図２に示すように混合燃料が流れる配管部材１００に取り付けられる。濃度センサ装置１０は、配管部材１００の内側において図２（Ａ）に示すように天部、図２（Ｂ）に示すように底部、あるいは図２（Ｃ）に示すように側部などに設けられる。
【００３３】
図１に示すようにセンサ部１２は、基板１１の一方の面側に設けられている。センサ部１２と基板１１との間には、絶縁膜１４が形成されている。絶縁膜１４は、例えばシリコン酸化膜である。センサ部１２は、複数の電極１５を有している。例えばセンサ部１２の各電極１５間における誘電率や比誘電率は、混合燃料に含まれるアルコールの濃度によって変化する。センサ部１２は、各電極１５間における誘電率や比誘電率を検出することにより、混合燃料に含まれるアルコールの濃度すなわち石油由来の燃料と生物由来の燃料との混合比を検出する。センサ部１２は、公知の構成と同様であり、詳細な説明を省略する。センサ部１２は、保護膜１６によって保護されている。保護膜１６は、例えばシリコン窒化膜などによって形成されている。なお、センサ部１２は、誘電率や比誘電率を用いて濃度を検出するだけでなく、例えば電極１５間の静電容量やインピーダンスに基づいて電気的に濃度を検出してもよい。また、液体に含まれる特定成分の濃度は、例えば光の屈折率や特定波長の光の透過性などから光学的に検出する構成としてもよい。本開示では、センサ部１２は電極１５間の誘電率に基づいて液体に含まれる特定成分の濃度を検出する場合について説明する。
【００３４】
圧電素子部１３は、基板１１のセンサ部１２とは反対の面側に設けられている。圧電素子部１３と基板１１との間には、絶縁膜１７が形成されている。絶縁膜１７は、例えばシリコン酸化膜である。圧電素子部１３は、例えば図示しない圧電体を電極で挟み込んだ構造を有している。圧電素子部１３は、通電することにより振動する。
濃度センサ装置１０は、回路部１８を備えている。回路部１８は、基板１１においてセンサ部１２と同一の面側に設けられている。回路部１８は、例えば図示しない処理回路および接続パッドなどを有している。処理回路は、例えばセンサ部１２から出力される信号や圧電素子部１３へ入力される信号を処理する回路を構成している。接続パッドは、濃度センサ装置１０と外部の接続端子とを接続するボンディングワイヤなどが接続される。回路部１８は、センサ部１２と同一の面側にセンサ部１２と隣接して設けられている。回路部１８は、センサ部１２と同様にシリコン窒化膜からなる保護膜１６で保護されている。
【００３５】
圧電素子部１３は、基板１１を貫く貫通電極１９によって回路部１８と電気的に接続している。圧電素子部１３は、回路部１８からの信号に基づいて振動する。圧電素子部１３と回路部１８とを貫通電極１９で接続することにより、貫通電極１９は基板１１の外側に露出しない。上述の図２で示したように、濃度センサ装置１０は、配管部材１００が形成する燃料通路１０１の内側に設けられる。そのため、濃度センサ装置１０は、燃料通路１０１を流れる混合燃料に晒される。アルコールを含む混合燃料は、水などの金属を腐食させる成分を含みやすい。図１に示すように貫通電極１９を基板１１の内側に設けることにより、貫通電極１９は燃料と接触しにくくなる。その結果、混合燃料に晒される場合でも、貫通電極１９の腐食や摩耗が低減され、貫通電極１９の耐久性が向上する。
【００３６】
第１参考形態では、通電によって圧電素子部１３が振動すると、圧電素子部１３と一体の基板１１およびセンサ部１２も振動する。これにより、混合燃料に晒されるセンサ部１２に付着した混合燃料中の異物は、圧電素子部１３の振動にともなうセンサ部１２の振動によってセンサ部１２からの脱離が促進される。したがって、センサ部１２への異物の付着が低減され、混合燃料に含まれるアルコール濃度の検出精度を高めることができる。
【００３７】
また、第１参考形態では、基板１１においてセンサ部１２と反対の面側に圧電素子部１３を設けている。そのため、センサ部１２が圧電素子部１３の配置を妨げたり、圧電素子部１３によってセンサ部１２の配置が妨げられることはない。その結果、圧電素子部１３の設置面積が十分に確保される。したがって、体格の大型化を招くことなく、圧電素子部１３の振動面積を確保することができる。さらに、半導体装置の製造プロセスにおいて、センサ部１２と圧電素子部１３とを別個独立した工程で形成可能である。したがって、製造工程を簡略化することができる。
さらに、第１参考形態では、圧電素子部１３と回路部１８とを接続する貫通電極１９は基板１１を貫いている。そのため、貫通電極１９は、水分などを含む混合燃料に晒されにくい。したがって、貫通電極１９の腐食や損傷を低減することができ、貫通電極１９の耐
久性を高めることができる。
【００３８】
（第２、第３参考形態）
第２、第３参考形態による濃度センサ装置をそれぞれ図３または図４に示す。
第２参考形態では、図３に示すようにセンサ部１２および圧電素子部１３は基板１１の同一の面側に設けられている。センサ部１２および圧電素子部１３を基板１１の同一の面側に設けると、センサ部１２および圧電素子部１３の設置面積を確保すると体格の大型化を招いたり、体格を維持すると圧電素子部１３の振動面積の減少を招いたりする。一方、センサ部１２および圧電素子部１３を基板１１の同一の面側に設けることにより、センサ部１２と圧電素子部１３とが近接して配置される。したがって、圧電素子部１３の振動によってセンサ部１２が直接振動し、異物の脱離をより促進することができる。
【００３９】
第３参考形態では、図４に示すように濃度センサ装置１０は、基板１１の一方の面側に絶縁膜１７を挟んで絶縁体層２１を備えている。絶縁膜１７は上述のようにシリコン酸化膜で形成され、絶縁体層２１はシリコン窒化膜で形成されている。圧電素子部１３は、絶縁膜１７の基板１１とは反対側の面に設けられている。絶縁体層２１は、絶縁膜１７に設けられた圧電素子部１３を覆っている。この絶縁体層２１の基板１１とは反対の面側にセンサ部１２が設けられている。このような構成により、圧電素子部１３は、基板１１とセンサ部１２との間に配置される。
【００４０】
第３参考形態では、圧電素子部１３を基板１１とセンサ部１２との間に設けることにより、圧電素子部１３およびセンサ部１２の配置が互いに妨げられない。また、圧電素子部１３を基板１１とセンサ部１２との間に設けることにより、センサ部１２と圧電素子部１３とは近接して配置される。したがって、センサ部１２および圧電素子部１３の形成工程は複雑になるものの、圧電素子部１３による振動面積の確保とセンサ部１２および圧電素子部１３の近接した配置とを両立して達成することができる。
【００４１】
（第４参考形態）
第４参考形態による濃度センサ装置を図５に示す。
図５に示すように第４参考形態による濃度センサ装置１０は、基板１１に設けられている凹部２２を備えている。凹部２２は、基板１１の一方の面側から他方の面側へ窪んだダイアフラム状に形成されている。センサ部１２および回路部１８は、基板１１の平坦な側すなわち凹部２２とは反対の面側に設けられている。圧電素子部１３は、凹部２２の開口側の端面に沿って設けられている。これにより、圧電素子部１３は、凹部２２を形成する基板１１の開口側の面を覆った状態となっている。その結果、圧電素子部１３は、基板１１を挟んでセンサ部１２および回路部１８と反対の面側に設けられている。
濃度センサ装置１０は、基板１１を板厚方向へ貫く貫通電極１９を備えている。貫通電
極１９は、一方の端部が回路部１８に接続され、他方の端部が圧電素子部１３に接続して
いる。これにより、圧電素子部１３は、貫通電極１９を経由して回路部１８と電気的に接
続している。
【００４２】
第４参考形態では、凹部２２に沿って圧電素子部１３を設けることにより、圧電素子部１３とセンサ部１２との距離が低減される。これに加え、基板１１を凹部２２によりダイアフラム形状に形成し、この基板１１を圧電素子部１３によって振動させることにより、基板１１に設けられたセンサ部１２の振動がより促進される。したがって、センサ部１２に付着した異物の脱離をより促進することができる。
【００４３】
（第５参考形態）
第５参考形態による濃度センサ装置を図６に示す。
図６に示すように第５参考形態による濃度センサ装置１０は、基板１１に設けられている凹部２２を備えている。凹部２２は、基板１１の一方の面側から他方の面側へ窪んだダイアフラム状に形成されている。センサ部１２および回路部１８は、基板１１の平坦な側すなわち凹部２２とは反対の面側に設けられている。また、濃度センサ装置１０は、凹部２２が設けられている基板１１の開口側を塞ぐ絶縁膜２３を備えている。すなわち、凹部２２は、開口側の端部が絶縁膜２３で塞がれている。絶縁膜２３は、例えばシリコン酸化膜などにより形成されている。
【００４４】
圧電素子部１３は、この絶縁膜２３の基板１１とは反対の面側に設けられている。これにより、圧電素子部１３は、基板１１を挟んでセンサ部１２および回路部１８とは反対の面側に設けられている。圧電素子部１３は基板１１を貫く貫通電極１９によって回路部１８と接続している。凹部２２の開口側を絶縁膜２３で塞ぐことにより、基板１１と絶縁膜２３との間には空間２４が形成される。この空間２４には、例えば窒素や空気などの気体が充填されている。
【００４５】
第５参考形態では、基板１１に設けられている凹部２２を絶縁膜２３で塞ぐことにより、基板１１と絶縁膜２３との間には空間２４が形成される。この空間２４には、窒素や空気などの気体が充填されている。空間２４に充填される気体の種類、圧力および量などを調整することにより、空間２４における気体の固有振動数が変化する。そのため、空間２４に充填された気体の固有振動数と圧電素子部１３の振動数とを近似させることにより、空間２４に充填された気体は圧電素子部１３と共振して振動する。その結果、圧電素子部１３の振動は、空間２４に充填された気体の共振によって基板１１を挟んで反対側のセンサ部１２へ伝達される。したがって、圧電素子部１３とセンサ部１２との間に基板１１が介在する場合でも、センサ部１２の振動を促進し、センサ部１２からの異物の脱離を促進することができる。
【００４６】
（第６、第７、第８参考形態）
第６、第７、第８参考形態による濃度センサ装置をそれぞれ図７、図８または図９に示す。
第６参考形態では、図７に示すように基板１１の平坦な面側にセンサ部１２および圧電素子部１３が設けられている。すなわち、第６参考形態の場合、センサ部１２と圧電素子部１３とは、基板１１の同一の面側に設けられている。基板１１とセンサ部１２および圧電素子部１３との間には、シリコン酸化膜からなる絶縁膜２５が設けられている。圧電素子部１３が振動すると、その振動は凹部２２によって板圧が減少した基板１１を通してセンサ部１２に伝達される。したがって、センサ部１２の振動が促進され、異物の脱離を促進することができる。
【００４７】
第７参考形態では、図８に示すように凹部２２を塞ぐシリコン酸化膜からなる絶縁膜２６の基板１１とは反対側にセンサ部１２および圧電素子部１３が設けられている。すなわち、第７参考形態でも、センサ部１２と圧電素子部１３とは基板１１の同一の面側に設けられている。これにより、圧電素子部１３が振動すると、その振動は絶縁膜２６の振動を通してセンサ部１２に伝達される。したがって、センサ部１２の振動が促進され、異物の脱離を促進することができる。
【００４８】
第８参考形態では、図９に示すように絶縁膜２６の基板１１とは反対側にシリコン窒化膜からなる絶縁体層２７が設けられている。センサ部１２は、絶縁体層２７の基板１１とは反対の面側に設けられている。圧電素子部１３は、絶縁膜２６の基板１１とは反対側に設けられている。すなわち、圧電素子部１３は、基板１１とセンサ部１２との間に設けられている。これにより、圧電素子部１３が振動すると、その振動は絶縁膜２６に積層された絶縁体層２７を通してセンサ部１２に伝達される。したがって、センサ部１２の振動が促進され、異物の脱離を促進することができる。
【００４９】
（第９参考形態）
第９参考形態による濃度センサ装置を図１０に示す。
第９参考形態では、図１０に示すように濃度センサ装置１０は、基板１１およびセンサ部１２を備えている。基板１１は、図１０（Ｂ）に示すようにセンサ部１２と反対の端面側に絶縁膜１４、およびセンサ部１２との間に絶縁膜１７が形成されている。センサ部１２は、図１０（Ａ）に示すように複数の電極パターン４１、４２を有している。これらの電極パターン４１、４２は、いずれも互いに対向する櫛歯形状に形成されている。対向する電極パターン４１と電極パターン４２との間の誘電率や比誘電率を検出することにより、センサ部１２は混合燃料に含まれるアルコールの濃度を検出する。センサ部１２の電極パターン４１および電極パターン４２は、保護膜１６によって保護されている。
【００５０】
第９参考形態の場合、二つの電極パターン４１および電極パターン４２は、いずれも圧電素子で櫛歯形状に形成されている。すなわち、電極パターン４１および電極パターン４２は、いずれも例えばＰＺＴなどの圧電材料を蒸着し、ＡｇＰｄをスパッタリングすることにより櫛歯形状に形成される。電極パターン４１および電極パターン４２は、図示しない回路部と電気的に接続している。これにより、電極パターン４１および電極パターン４２には、回路部から所定の電圧が印加される。電極パターン４１と電極パターン４２との間に電圧を印加することにより、電極パターン４１と電極パターン４２との間には歪みが生じる。回路部から電極パターン４１と電極パターン４２との間へ所定の振動パターンを発生する電圧を印加することにより、基板１１の板厚方向に対し垂直なセンサ部１２のセンサ面に沿った振動が発生する。すなわち、第９参考形態の場合、センサ部１２の電極パターン４１および電極パターン４２は、燃料の誘電率を測定するセンサ部１２であるとともに、堆積制限部を構成する圧電素子部１３でもある。
回路部は、燃料の誘電率を測定と、センサ部１２への通電による振動の発生とを時分割して実施する。すなわち、回路部は、燃料の誘電率を測定するときと、センサ部１２を圧電素子部１３として振動させるときとで電極パターン４１と電極パターン４２との間に印加する電圧の印加パターンを切り換える。
【００５１】
第９参考形態では、センサ部１２を構成する櫛歯形状の電極パターン４１、４２は、センサ部１２であるとともに圧電素子部１３でもある。すなわち、センサ部１２および圧電素子部１３は、一体となって構成されている。したがって、センサ部１２を自身の振動によって自己洗浄することができ、センサ部１２、またはこれを保護する保護膜１６の表面に付着した異物の除去を促進することができる。保護膜１６の表面は、平滑な面として形成されるだけでなく、電極パターン４１と電極パターン４２との間が窪んだ粗い面として形成される場合がある。このように保護膜１６の表面が粗く形成される場合でも、電極パターン４１と電極パターン４２との間の振動によって、保護膜１６に歪みが生じる。その結果、粗い表面の凹部に付着した異物も、保護膜１６の歪みによって除去することができる。
【００５２】
（第１０参考形態）
第１０参考形態による濃度センサ装置を図１１に示す。第１０参考形態は、図９参考形態の変形であり、相違点を説明する。
第１０参考形態では、図１１に示すように濃度センサ装置１０は、基板１１を挟んでセンサ部１２と反対側の面に電極部４３を備えている。電極部４３は、基板１１のセンサ部１２と反対の端面側とともに絶縁膜１４で覆われている。センサ部１２を構成する電極パターン４１および電極パターン４２の構成は、第９参考形態と同様である。
【００５３】
電極部４３は、電極パターン４１および電極パターン４２とともに図示しない回路部と電気的に接続している。そのため、電極パターン４１および電極パターン４２と電極部との間には、回路部から所定の電圧が印加される。電極パターン４１および電極パターン４２と電極部４３との間に電圧を印加することにより、電極パターン４１および電極パターン４２と電極部４３との間には基板１１の板厚方向の粗密波が発生する。回路部から電極パターン４１および電極パターン４２と電極部４３との間へ所定の振動パターンを発生する電圧を印加することにより、基板１１の板厚方向に沿った振動が発生する。回路部は、例えば電極部４３を極性を負（−）に設定するとともに、電極パターン４１および電極パターン４２の極性を正（＋）または負（−）へ任意に切り換える。これにより、電極パターン４１および電極パターン４２と電極部４３との間には、基板１１の板厚方向の振動が発生する。
【００５４】
第１０参考形態では、基板１１を挟んでセンサ部１２と反対側に電極部４３を備える。これにより、センサ部１２を構成する圧電素子の電極パターン４１、４２と電極部４３との間に電位差を加えることにより、電極パターン４１、４２すなわちセンサ部１２自身が基板１１を含めて振動する。したがって、センサ部１２を自身の振動によって自己洗浄することができる。また、電極パターン４１、４２および電極部４３への電圧の印加パターンを変更することにより、電極パターン４１、４２間におけるセンサ部１２に沿った振動だけでなく、基板１１の板厚方向の振動を組み合わせて発生させることができる。
【００５５】
（第１１参考形態）
第１１参考形態による濃度センサ装置を図１２に示す。
第１０参考形態では、図１２に示すように濃度センサ装置１０は、基板１１、センサ部１２および圧電素子部１３を備えている。基板１１は、図１２（Ｂ）に示すようにセンサ部１２と反対の端面側に絶縁膜１４、およびセンサ部１２との間に絶縁膜１７が形成されている。センサ部１２は、図１２（Ａ）に示すように複数の電極５１、５２を有している。これらの電極５１、５２は、いずれも互いに対向して形成されている。電極５１および電極５２は、例えば図１２（Ａ）に示すように櫛歯形状に形成されている。電極５１と電極５２との間の誘電率や比誘電率を検出することにより、センサ部１２は混合燃料に含まれるアルコールの濃度を検出する。センサ部１２の電極５１および電極５２は、保護膜１６によって保護されている。
【００５６】
第１１参考形態の場合、堆積制限部である圧電素子部１３は、センサ部１２を保護する保護膜１６の基板１１と反対側に積層されている。具体的には、圧電素子部１３は、圧電素子で形成されている電極パターン５３および電極パターン５４を有している。これらの電極パターン５３および電極パターン５４は、いずれも保護膜１６の基板１１と反対側に形成されている。そのため、圧電素子部１３を構成する電極パターン５３および電極パターン５４は、センサ部１２を保護する保護膜１６に積層されている。電極パターン５３および電極パターン５４は、いずれも保護膜５５によって保護されている。
【００５７】
電極パターン５３および電極パターン５４は、いずれも圧電素子で櫛歯形状に形成されている。電極パターン５３および電極パターン５４は、図示しない回路部と電気的に接続している。これにより、電極パターン５３および電極パターン５４には、回路部から所定の電圧が印加される。電極パターン５３と電極パターン５４との間に電圧を印加することにより、電極パターン５３と電極パターン５４との間には歪みが生じ、基板１１の板厚方向に対し垂直なセンサ部１２のセンサ面に沿った振動が発生する。
【００５８】
第１１参考形態では、圧電素子部１３は、センサ部１２の基板１１と反対側に積層された電極パターン５３、５４を有している。すなわち、センサ部１２は、基板１１と反対側に圧電素子部１３の電極パターン５３、５４が被せられている。そのため、圧電素子部１３の電極パターン５３、５４によって振動が発生すると、センサ部１２も振動する。したがって、センサ部１２を自身の振動によって自己洗浄することができる。
【００５９】
（第１２参考形態）
第１２参考形態による濃度センサ装置を図１３に示す。
第１２参考形態では、図１３に示すように濃度センサ装置１０は、基板１１、センサ部１２および圧電素子部１３を備えている。基板１１は、図１３（Ｂ）に示すようにセンサ部１２と反対の端面側に絶縁膜１４、およびセンサ部１２との間に絶縁膜１７が形成されている。センサ部１２は、図１３（Ａ）に示すように複数の電極１５を有している。電極１５は、上述の第１参考形態と同様の構成である。
【００６０】
第１２参考形態の場合、圧電素子部１３は、基板１１を挟んでセンサ部１２と反対側の面に形成されている。具体的には、堆積制限部を構成する圧電素子部１３は、圧電素子で形成されている電極パターン６１および電極パターン６２を有している。これらの電極パターン６１および電極パターン６２は、いずれも基板１１においてセンサ部１２と反対側の面に形成されている。電極パターン６１および電極パターン６２は、いずれも保護膜６３によって保護されている。
電極パターン６１および電極パターン６２は、いずれも圧電素子で櫛歯形状に形成されている。電極パターン６１および電極パターン６２は、図示しない回路部と電気的に接続している。これにより、電極パターン６１および電極パターン６２には、回路部から所定の電圧が印加される。電極パターン６１と電極パターン６２との間に電圧を印加することにより、電極パターン６１と電極パターン６２との間には歪みが生じる。そのため、生じた歪みは、粗密波となって基板１１を板厚方向へ伝わり、センサ部１２を振動させる。
【００６１】
第１２参考形態では、圧電素子部１３は基板１１を挟んでセンサ部１２と反対側の面に電極パターン６１、６２を有している。すなわち、基板１１は、センサ部１２と反対側の面に圧電素子部１３の電極パターン６１、６２が形成されている。そのため、圧電素子部１３の振動は、基板１１を経由してセンサ部１２へ伝達される。したがって、センサ部１２に付着した異物の脱離を促進することができる。
【００６２】
（変形形態）
以上説明した、上述の第９参考形態と第１２参考形態とを組み合わせてもよい。すなわち、第９参考形態による濃度センサ装置１０において、基板１１の一方の端面に第一電極パターンに相当する櫛歯形状の電極パターン４１、４２を有するセンサ部１２を設け、他方の端面に第二電極パターンに相当する櫛歯形状の電極パターン６１、６２を設けてもよい。これにより、圧電素子部１３は、センサ部１２を構成する電極パターン４１、４２と、基板１１のセンサ部１２と反対側に設けられた電極パターン６１、６２とによって構成される。そのため、センサ部１２は、電極パターン４１、４２によって自身が振動するとともに、基板１１を経由して伝達された電極パターン６１、６２の振動によっても振動する。その結果、センサ部１２は、複数の方向へ振動する。したがって、センサ部１２に付着した異物の脱離を促進することができるとともに、センサ部１２を自身の振動によって自己洗浄することができる。
【００６３】
さらに、上述の第１１参考形態と第１２参考形態とを組み合わせてもよい。すなわち、第１１参考形態による濃度センサ装置１０において、センサ部１２と積層して第一電極パターンに相当する櫛歯形状の電極パターン５３、５４を設け、基板１１のセンサ部１２と反対側の端面に第二電極パターンに相当する櫛歯形状の電極パターン６１、６２を設けてもよい。これにより、圧電素子部１３は、センサ部１２を覆う電極パターン５３、５４と、基板１１のセンサ部１２と反対側に設けられた電極パターン６１、６２とによって構成される。そのため、センサ部１２は、電極パターン５３、５４によって自身が振動するとともに、基板１１を経由して伝達された電極パターン６１、６２の振動によっても振動する。その結果、センサ部１２は、複数の方向へ振動する。したがって、センサ部１２に付着した異物の脱離を促進することができるとともに、センサ部１２を自身の振動によって自己洗浄することができる。
【００６４】
（第１３参考形態）
第１３参考形態による濃度センサ装置を図１４に示す。
第１３参考形態の場合、濃度センサ装置１０は、図１４に示すように一部が切り欠かれた配管部材１００に設けてもよい。この場合、配管部材１００の外側には、濃度センサ装置１０を取り付けるための実装基板１０３が設けられる。濃度センサ装置１０と実装基板１０３との間には、リブ３１やシール部材３２が設けられる。これにより、リブ３１やシール部材３２の内側への混合燃料の流入が防止される。実装基板１０３と濃度センサ装置１０とは、例えばはんだボール３３やボンディングワイヤによって電気的に接続される。また、図１４に示す場合、濃度センサ装置１０の圧電素子部１３は、基板１１の回路部を経由することなく例えばはんだボール３３により実装基板１０３と電気的に直接接続される。濃度センサ装置１０と実装基板１０３との間にリブ３１やシール部材３２を設けることにより、これらはんだボール３３やボンディングワイヤが設けられている内側への混合燃料の流入は防止される。したがって、はんだボール３３やボンディングワイヤなどの腐食や損傷を防止することができる。
【００６５】
（第１実施形態）
第１実施形態による濃度センサ装置を図１５に示す。
第１実施形態では、図１５に示すように濃度センサ装置７０は、通路形成部材７１、センサ部７２および堆積制限部７３を備えている。通路形成部材７１は、筒状であり、内部に混合燃料が流れる液体通路としての燃料通路７４を形成している。混合燃料は、燃料通路７４を図１５における左方の上流側から右方の下流側へ流れる。センサ部７２は、上述した複数の参考形態と同様に図示しない基板、およびこの基板に設けられた図示しない電極などから構成されている。
【００６６】
堆積制限部７３は、燃料通路７４における燃料の流れ方向においてセンサ部７２の上流側に帯電部７５および捕捉部７６を有している。帯電部７５は、燃料通路７４を流れる混合燃料に電圧を印加する。帯電部７５は、例えば導電性の金属によって網状に形成されている。これにより、帯電部７５は、燃料通路７４を流れる混合燃料を帯電させる。捕捉部７６は、帯電部７５とセンサ部７２との間に設けられている。すなわち、捕捉部７６は、センサ部７２の上流側であって、帯電部７５の下流側に設けられている。捕捉部７６は、帯電部７５で帯電した混合燃料に含まれる異物を捕捉する。
【００６７】
帯電部７５および捕捉部７６には、図１６に示すように１ｋＨｚ以上の交流電圧が印加されている。そして、帯電部７５と捕捉部７６とでは、印加される電圧の極性が互いに異なっている。例えば、帯電部７５が正（＋）に帯電しているとき、捕捉部７６は負（−）に帯電している。さらに、帯電部７５が正に帯電している場合、帯電部７５は負の電圧に反転することなく正の電圧を維持する。同様に、捕捉部７６が負に帯電している場合、捕捉部７６は負の電圧に反転することなく負の電圧を維持する。このように、帯電部７５および捕捉部７６は、正または負の一方の極性を維持する。帯電部７５が正に帯電している場合、その電圧の最小値は接地電圧である０Ｖである。同様に、捕捉部７６が負に帯電している場合、その電圧の最大値は０Ｖである。
【００６８】
このように、第１実施形態では、センサ部７２の上流側において互いに極性の異なる帯電部７５および捕捉部７６を設けている。これにより、燃料通路７４を流れる混合燃料は、帯電部７５を通過するとき、正の電圧が印加されるため、正の電荷に帯電する。そのため、混合燃料に含まれる異物も正の電荷に帯電する。この正の電荷に帯電した異物を含む混合燃料は、帯電部７５を通過した後、捕捉部７６を通過する。捕捉部７６は帯電部と逆の極性の電圧すなわち負の電圧が印加されているため、正の電荷に帯電した異物は捕捉部７６に捕捉される。その結果、混合燃料に含まれている異物は、捕捉部７６によって捕捉され、センサ部７２への流入が低減される。
【００６９】
一方、混合燃料は、帯電部７５および捕捉部７６を通過することにより、正または負の電荷に帯電する。そのため、混合燃料は、濃度センサ装置７０よりも下流側に設けられている図示しない各種の機器などに電気的な影響を与えるおそれがある。そこで、堆積制限部７３は、図１５に示すように混合燃料の流れ方向においてセンサ部７２の下流側に除電部７７を有している。除電部７７は、例えば導電性の金属によって網状に形成されている。そのため、帯電した混合燃料は、除電部７７を通過することにより、電荷が除去され、除電される。
【００７０】
以上説明した第１実施形態では、通路形成部材７１が形成する燃料通路７４に収容されている堆積制限部７３は、センサ部７２とは別体の帯電部７５および捕捉部７６を有している。燃料通路７４を流れる混合燃料は、帯電部７５において電圧が印加されることによりこれに含まれる異物とともに帯電する。そのため、混合燃料が捕捉部７６を通過することにより、混合燃料に含まれる異物はセンサ部７２に至る前に捕捉される。したがって、センサ部７２への異物の付着および堆積が低減され、混合燃料に含まれる特定成分の検出精度を高めることができる。
【００７１】
また、第１実施形態では、堆積制限部７３はセンサ部７２の下流側に除電部７７を有している。これにより、帯電部７５および捕捉部７６で帯電した混合燃料は、除電部７７によって除電される。帯電部７５および捕捉部７６において混合燃料に電荷を帯電させることにより、センサ部７２よりも下流側に設けられている機器や装置に影響を与えるおそれもある。そこで、除電部７７は、センサ部７２を通過した混合燃料の電荷を除電する。これにより、帯電した混合燃料がセンサ部７２よりも下流側に設けられている機器や装置に影響を与えることはない。したがって、外部への影響を低減することができる。
【００７２】
第１実施形態では、帯電部７５に印加される電圧と捕捉部７６に印加される電圧とは、それぞれ極性が異なっている。そして、帯電部７５および捕捉部７６では、いずれも一方の極性から他方の極性へ反転することなく一方の極性を維持する。これにより、帯電部７５で帯電した異物は、捕捉部７６によって確実に捕捉され、センサ部７２側への移動が制限される。したがって、センサ部７２への異物の付着および堆積が低減され、混合燃料に含まれる特定成分の検出精度を高めることができる。
【００７３】
第１実施形態では、帯電部７５および捕捉部７６で混合燃料に印加される電圧は１ｋＨｚ以上の交流電圧である。そして、この電圧は、負側の最大値および正側の最小値が接地電圧に設定されている。混合燃料に直流電圧や低周波の交流を印加すると、混合燃料および混合燃料に含まれる種々の成分が電気化学的な反応を生じるおそれがある。そのため、帯電部７５および捕捉部７６では、混合燃料が不可逆的な化学変化を生じないために、１ｋＨｚ以上の交流電圧を印加している。したがって、混合燃料の変化を低減し、外部への影響を低減することができる。
なお、帯電部７５と捕捉部７６とは極性が異なっていればよく、帯電部７５を負に帯電させ、捕捉部７６を正に帯電させてもよい。
【００７４】
（第２実施形態）
第２実施形態による濃度センサ装置を図１７に示す。
第２実施形態では、図１７に示すように濃度センサ装置７０の捕捉部７６は、燃料通路７４の軸と平行に延びる電極部材８１を有している。電極部材８１は、板状に形成され、燃料通路７４に少なくとも一枚以上設けられている。電極部材８１は、燃料通路７４における燃料の流れ方向において上流側から下流側へかけて板幅が縮小している。ここで、電極部材８１の板幅とは、燃料通路７４を形成する通路形成部材７１の弦に沿った長さである。
【００７５】
図１８（Ａ）に示すように、電極部材８１は、燃料通路７４の上流側において通路形成部材７１の任意の位置における弦に対応する板幅を有している。すなわち、電極部材８１は、通路形成部材７１の内壁から燃料の流れ方向に対し垂直に立ち上がり、対向する通路形成部材７１の内壁まで延びている。これにより、電極部材８１は、燃料通路７４の上流側において通路形成部材７１の弦に対応する板幅を有している。これに対し、図１８（Ｂ）に示すように、電極部材８１は、燃料通路７４の下流側において板幅が縮小している。すなわち、電極部材８１は、通路形成部材７１の内壁から燃料の流れ方向に対し垂直に立ち上がっているものの、端部が通路形成部材７１の対向する内壁までに延びていない。このように、電極部材８１は、燃料通路７４において上流側ほど板幅が大きく、下流側ほど板幅が小さく設定されている。
【００７６】
図１９に示すように、濃度センサ装置７０は、壁部８２を設けてもよい。壁部８２は、帯電部７５を通過した混合燃料の流れをセンサ部７２側と捕捉部７６側とに分離する。すなわち、壁部８２は、燃料通路７４においてセンサ部７２と捕捉部７６との間に設けられており、混合燃料の流れを分流する。帯電部７５を通過することにより帯電した混合燃料に含まれる異物は、捕捉部７６の電極部材８１に捕捉される。電極部材８１は、上述の通り下流側ほど板幅が小さく設定されている。そのため、図１９に示すような電極部材８１を用いる場合、混合燃料に含まれる異物は電極部材８１に沿って図１９の下側へ移動しやすい。そこで、図１９において電極部材８１の下流側の端部の上側に壁部８２を配置することにより、異物をより多く含む混合燃料は壁部８２の下側を流れる。その結果、センサ部７２が設けられている壁部８２の上側には、含まれる異物が少ない混合燃料が流入する。これにより、センサ部７２側への異物の流入が低減される。
【００７７】
第２実施形態では、捕捉部７６は少なくとも一枚以上の板状の電極部材８１を有している。この板状の電極部材８１は、燃料通路７４の軸と平行に延び、上流側から下流側にかけて板幅が縮小している。これにより、帯電部７５を通過した混合燃料は、含まれる異物が板幅の大きな上流側で効果的に除去される。また、電極部材８１は燃料通路７４と平行に延びているため、燃料通路７４を流れる混合燃料の圧力損失は低減される。したがって、混合燃料の圧力損失を低減しつつ、混合燃料に含まれる異物をセンサ部７２の上流側で捕捉することができ、センサ部７２の濃度検出精度を高めることができる。
【００７８】
また、第２実施形態では、燃料通路７４に壁部８２を備えている。混合燃料の流れを壁部８２により捕捉部７６の電極部材８１側とセンサ部７２側とに分離することにより、混合燃料に含まれる異物はセンサ部７２側へ流入しにくくなる。したがって、センサ部７２への異物の付着および堆積がより低減され、混合燃料に含まれる特定成分の検出精度を高めることができる。
【００７９】
（第３、第４、第５実施形態）
第３、第４、第５実施形態による濃度センサ装置をそれぞれ図２０、図２２または図２４に示す。
第３実施形態の場合、図２０に示すように濃度センサ装置７０の捕捉部７６は、燃料通路７４の軸に対し傾斜して延びる電極部材８３を有している。電極部材８３は、板状に形成され、燃料通路７４に少なくとも一枚以上設けられている。電極部材８３は、燃料通路７４における燃料の流れ方向において上流側から下流側へかけて一定の板幅に設定されている。このように電極部材８３を配置することにより、燃料通路７４は少なくとも一部の幅が上流側から下流側へかけて狭められる。
【００８０】
図２１に示すように、濃度センサ装置７０は、壁部８４を設けてもよい。壁部８４は、帯電部７５を通過した混合燃料の流れをセンサ部７２側と捕捉部７６側とに分離する。帯電部７５を通過することにより帯電した混合燃料に含まれる異物は、捕捉部７６の電極部材８３に捕捉される。電極部材８３は、燃料通路７４の一部を上流側から下流側へかけて狭めている。壁部８２は、この狭められた電極部材８３に沿った燃料通路７４とセンサ部７２側とを分離している。そのため、混合燃料に含まれる異物は電極部材８３に沿って図２１の下側へ移動しやすくなり、センサ部７２が設けられている壁部８４の上側には含まれる異物が少ない混合燃料が流入する。
【００８１】
第４実施形態の場合、図２２に示すように濃度センサ装置７０の捕捉部７６は、燃料通路７４の軸に対して傾斜して延びる電極部材８３を有している。電極部材８３は、板状に形成され、燃料通路７４に少なくとも一枚以上設けられている。電極部材８３は、燃料通路７４の上流側ほど対向する間隔が広く、下流側ほど対向する間隔が狭く設定され、かつ多段に配置されている。これにより、電極部材８３は、燃料通路７４の中心部において上流側から下流側へ向けて燃料通路７４の幅を狭めている。
【００８２】
図２３に示すように、濃度センサ装置７０は、壁部８４を設けてもよい。第１７実施形態の場合、壁部８４は、中心付近において燃料通路７４を狭めた最下流側の電極部材８３の下流側において、燃料通路７４の軸方向に延びている。センサ部７２は、通路形成部材７１の径方向において壁部８４の外周側に配置される。帯電部７５を通過し帯電した異物を含む混合燃料は、捕捉部７６の電極部材８３の間を流れつつ壁部８４へ到達する。このとき、電極部材８３を通過したものの混合燃料に残留する異物は、電極部材８３によって混合燃料とともに燃料通路７４の中心側へ案内されながら、一対の壁部８４の間を通過する。そのため、混合燃料に含まれる異物は、センサ部７２側へ流入しにくくなる。
【００８３】
第５実施形態の場合、図２４に示すように濃度センサ装置７０の捕捉部７６は、燃料通路７４の軸に対して傾斜して延びる電極部材８３を有している。電極部材８３は、板状に形成され、燃料通路７４に少なくとも一枚以上設けられている。電極部材８３は、燃料通路７４の上流側ほど対向する間隔が狭く、下流側ほど対向する間隔が広く設定され、かつ多段に配置されている。これにより、電極部材８３は、燃料通路７４の外周側において上流側から下流側へ向けて燃料通路の幅を狭めている。
【００８４】
図２５に示すように、濃度センサ装置７０は、壁部８４を設けてもよい。第１８実施形態の場合、壁部８４は、外周側において燃料通路７４を狭めた最下流側の電極部材８３の下流側において、燃料通路７４の軸方向に延びている。センサ部７２は、通路形成部材７１の径方向において壁部８４の内周側、すなわち一対の壁部８４の間に配置される。帯電部７５を通過し帯電した異物を含む混合燃料は、捕捉部７６の電極部材８３の間を流れつつ壁部８４へ到達する。このとき、電極部材８３を通過したものの混合燃料に残留する異物は、電極部材８３によって混合燃料とともに燃料通路７４の外周側へ案内されながら、一対の壁部８４の外周側を通過する。そのため、混合燃料に含まれる異物は、センサ部７２側へ流入しにくくなる。
【００８５】
第３、第４、第５実施形態では、捕捉部７６は少なくとも一枚以上の板状の電極部材８３を有している。この板状の電極部材８３は、燃料通路７４の軸に対して傾斜して延びている。そして、この電極部材８３は、燃料通路７４の上流側から下流側へ向けて燃料通路７４の少なくとも一部の幅を狭めている。そのため、燃料通路７４を流れる液体は、徐々に狭まる電極部材８３の間を流れる。これにより、混合燃料に含まれる異物は、捕捉部７６に捕捉されやすくなる。また、壁部８４は、混合燃料のうち、より含まれる異物が少ない混合燃料を、センサ部７２側へ案内する。したがって、混合に含まれる異物をセンサ部７２の上流側で捕捉することができ、センサ部７２の濃度検出精度を高めることができる。
【００８６】
（第６、第７実施形態）
第６、第７実施形態による濃度センサ装置をそれぞれ図２６または図２８に示す。
第６実施形態の場合、図２６に示すように濃度センサ装置７０の捕捉部７６は、少なくとも一枚以上の電極部材８５を有している。電極部材８５は、両端が開口した筒状の円錐もしくは角錐などの錐形状または錐台形状に形成され、多段状に設けられている。第６実施形態の場合、電極部材８５は、燃料通路７４の上流側から下流側へ向けて内径が縮小する円錐筒形状である。電極部材８５を例えば網状または多孔状に形成し、電極部材８５を通過する混合燃料の圧力損失を低減する構造でもよい。
【００８７】
また、図２７に示すように、濃度センサ装置７０は、壁部８６を設けてもよい。第６実施形態の場合、壁部８６は、内径が縮小した最下流側の電極部材８５の下流側において、燃料通路７４の軸方向に延びている。センサ部７２は、通路形成部材７１の径方向において壁部８６の外周側に配置される。帯電部７５を通過し帯電した異物を含む混合燃料は、捕捉部７６の電極部材８５に案内されて流れつつ壁部８６へ到達する。このとき、電極部材８５を通過したものの混合燃料に残留する異物は、電極部材８５によって混合燃料とともに燃料通路７４の中心側へ案内されながら、一対の壁部８６の間を通過する。そのため、混合燃料に含まれる異物は、センサ部７２側へ流入しにくくなる。
【００８８】
第７実施形態の場合、図２８に示すように濃度センサ装置７０の捕捉部７６は、少なくとも一枚以上の電極部材８５を有している。電極部材８５は、両端が開口した筒状の円錐または角錐などの錐形状または錐台形状に形成され、多段状に設けられている。第７実施形態の場合、電極部材８５は、燃料通路７４の上流側から下流側へ向けて内径が拡大する円錐筒形状である。そのため、電極部材８５は、燃料通路７４における燃料の流れを通路形成部材７１の中心側から外周の内壁側へ案内する形状である。電極部材８５を例えば網状または多孔状に形成し、電極部材８５を通過する混合燃料の圧力損失を低減する構造でもよい。
【００８９】
また、図２９に示すように、濃度センサ装置７０は、壁部８６を設けてもよい。第７実施形態の場合、壁部８６は、内径が拡大した最下流側の電極部材８５の下流側において、燃料通路７４の軸方向へ延びている。センサ部７２は、通路形成部材７１の径方向において壁部８６の内周側、すなわち一対の壁部８６の間に配置される。帯電部７５を通過し帯電した異物を含む混合燃料は、捕捉部７６の電極部材８５によって混合燃料とともに燃料通路７４の外周側へ案内されながら、一対の壁部８６の外周側を通過する。そのため、混合燃料に含まれる異物は、センサ部７２側へ流入しにくくなる。
第６実施形態では、捕捉部７６は少なくとも一枚以上の電極部材８５を有している。この電極部材８５は、上流側から下流側へ向けて内径が縮小している。そのため、混合燃料は、徐々に内径が縮小する電極部材８５を通過する。これにより、混合燃料に含まれる異物は、捕捉部７６に捕捉されやすくなる。
【００９０】
また、第７実施形態では、捕捉部７６は少なくとも一枚以上の電極部材８５を有している。この電極部材８５は、上流側から下流側へ向けて燃料通路７４における混合燃料の流れを通路形成部材７１の内壁側へ案内する形状である。そのため、混合燃料は、徐々に通路形成部材７１の内壁に近づく電極部材８５を通過する。これにより、混合燃料に含まれる異物は捕捉部７６に捕捉されやすくなるとともに、混合燃料の圧力損失が比較的小さくなる。
さらに、第６、第７実施形態では、壁部８６は、捕捉部７６を通過する混合燃料のうち、より含まれる異物が少ない混合燃料をセンサ部７２側へ案内する。したがって、混合燃料に含まれる異物をセンサ部７２の上流側で捕捉することができ、センサ部７２の濃度検出精度を高めることができる。
【００９１】
（第８実施形態）
第８実施形態による濃度センサ装置を図３０に示す。
第８実施形態の場合、図３０に示すように濃度センサ装置７０は、振動付与手段としての振動発生部８７を備えている。振動発生部８７は、通路形成部材７１の外側に設けられており、通路形成部材７１に振動を与える。燃料通路７４に設けられる帯電部７５および捕捉部７６などは、長期間の使用によって異物が堆積するおそれがある。そこで、振動発生部８７は、燃料通路７４を形成する通路形成部材７１を間欠的に振動させる。これにより、帯電部７５および捕捉部７６は、通路形成部材７１とともに振動する。特に、振動発生部８７を帯電部７５および捕捉部７６の近傍に配置することにより、帯電部７５および捕捉部７６の振動が促進される。したがって、帯電部７５および捕捉部７６への異物の堆積を低減することができ、帯電部７５および捕捉部７６の機能を長期間維持することができる。
【００９２】
（第１４、第１５、第１６参考形態）
第１４、第１５、第１６参考形態による濃度センサ装置をそれぞれ図３１、図３２または図３３に示す。
第１４参考形態では、図３１に示すように濃度センサ装置１０は、基板１１およびセンサ部１２を備えている。基板１１は、センサ部１２と反対の端面側に絶縁膜１４、およびセンサ部１２との間に絶縁膜１７が形成されている。センサ部１２は、第１参考形態などと同様に複数の電極１５を有している。センサ部１２の電極１５は、保護膜１６によって保護されている。
【００９３】
第１４参考形態の場合、濃度センサ装置１０は、保護膜１６の基板１１と反対側に第二保護膜９２を有している。第二保護膜９２は、センサ部１２と反対側すなわち混合燃料に晒される面側が粗面状に形成されている。具体的には、図３１に示す濃度センサ装置１０の場合、第二保護膜９２は、センサ部１２と反対側に凸部９３を有する粗面状に形成されている。第二保護膜９２は、特許請求の範囲の保護膜部に相当する。
【００９４】
第１５参考形態の場合、図３２に示すように濃度センサ装置１０は、保護膜１６の基板１１と反対側に第二保護膜９２を有している。第二保護膜９２は、センサ部１２と反対側すなわち混合燃料に晒される面側が粗面状に形成されている。具体的には、図３２に示す濃度センサ装置１０の場合、第二保護膜９２は、センサ部１２と反対側に先鋭な突起９４を有する粗面状に形成されている。なお、第二保護膜９２は、先鋭な突起９４に限らず、例えばサンドブラストなどによる傷を形成することにより、粗面状としてもよい。
【００９５】
第１６参考形態の場合、図３３に示すように濃度センサ装置１０は、保護膜１６の基板１１と反対側に第二保護膜９２を有している。第二保護膜９２は、センサ部１２と反対側すなわち混合燃料に晒される面側が凸面状に形成されている。具体的には、図３３に示す濃度センサ装置１０の場合、第二保護膜９２は、センサ部１２と反対側が内側へかけてセンサ部１２と反対側へ突出する凸面状に形成されている。
【００９６】
第１４、第１５、第１６参考形態では、センサ部１２を覆う第二保護膜９２を備えている。第二保護膜９２は、センサ部１２と反対側の端部に一体の堆積制限部を有している。第１４参考形態の場合、第二保護膜９２はセンサ部１２と反対側に堆積制限部を有しており、この堆積制限部は凸部９３を有する粗面状に形成されている。また、第１５参考形態の場合、第二保護膜９２はセンサ部１２と反対側に堆積制限部を有しており、この堆積制限部は突起９４を有する粗面状に形成されている。さらに、第１６参考形態の場合、第二保護膜９２はセンサ部１２と反対側に堆積制限部を有しており、この堆積制限部は凸面状に形成されている。そのため、第１４、第１５、第１６参考形態では、第二保護膜９２のセンサ部１２と反対側の面への異物の付着が低減される。したがって、センサ部１２への異物の付着および堆積が低減され、混合燃料に含まれる特定成分の検出精度を高めることができる。
【００９７】
（第１７参考形態）
第１７参考形態による濃度センサ装置１０を図３４および図３５に示す。
第１７参考形態では、濃度センサ装置１０は、保護膜１６のセンサ部１２と反対側に流路形成部９５を有している。流路形成部９５は、保護膜１６のセンサ部１２と反対側の端面に形成されている。流路形成部９５は、図３５に示すようにセンサ部１２に向けて混合燃料の流れを形成するように設けられている。燃料通路を流れる混合燃料は、流路形成部９５によって保護膜１６によって覆われているセンサ部１２の基板１１と反対側へ案内される。そのため、混合燃料は、センサ部１２の基板１１と反対側を積極的に流れる。その結果、保護膜１６に異物が付着しても、付着した異物は流路形成部９５によって形成された混合燃料の流れによって除去される。なお、図３６に示すように、流路形成部９６は、センサ部１２へ向けて湾曲する形状であってもよい。このような流路形成部９６であっても、センサ部１２側へ混合燃料の流れを案内することができる。
【００９８】
第１７参考形態では、保護膜１６は流路形成部９５、９６を有する。流路形成部９５、９６は、保護膜１６の表面にセンサ部１２へ向けた混合燃料の流れを形成する。これにより、保護膜１６に付着する異物は、混合燃料の流れによって除去される。そのため、保護膜１６への異物の付着が低減される。したがって、センサ部１２への異物の付着および堆積が低減され、混合燃料に含まれる特定成分の検出精度を高めることができる。
【００９９】
（第１８参考形態）
第１８参考形態による濃度センサ装置１０を図３７に示す。
第１８参考形態では、濃度センサ装置１０は、保護膜１６のセンサ部１２と反対側に多孔質部材９７を有している。多孔質部材９７は、保護膜１６を覆う保護膜部でもある。多孔質部材９７は、混合燃料の通過を許容しつつ、混合燃料に含まれる異物の通過を制限する複数の孔を有している。多孔質部材９７は異物の通過を制限するため、混合燃料に含まれる異物はセンサ部１２側へ到達しない。
【０１００】
このようにセンサ部１２を多孔質部材９７で覆うことにより、混合燃料に含まれる異物は多孔質部材９７のセンサ部１２と反対側の端面に付着および堆積しやすくなる。そこで、濃度センサ装置１０は、多孔質部材９７に振動を与える振動発生部９８を設けてもよい。振動発生部９８は、例えば圧電素子などで形成されており、通電することにより振動を発生する。振動発生部９８で発生した振動は、多孔質部材９７を振動させる。これにより、多孔質部材９７に付着あるいは堆積した異物は、振動によって多孔質部材９７からの除去が促進される。
【０１０１】
また、振動発生部９８は、上記のような圧電素子に代えて図３８に示すように振動体９９であってもよい。振動体９９は、膜状に形成されており、多孔質部材９７のセンサ部１２と反対側に設けられている。振動体９９は、多孔質部材９７のセンサ部１２と反対側を混合燃料が流れると、その混合燃料の流れによって振動し、多孔質部材９７に振動を与える。すなわち、振動体９９は、特許請求の範囲の振動付与手段に相当する。この振動体９９を利用することにより、電力などを必要とすることなく、混合燃料の流れによって多孔質部材９７に振動を与えることができる。
【０１０２】
第１８参考形態では、多孔質部材９７からなる保護膜を備えている。多孔質部材９７の孔は、混合燃料の流れを許容しつつ、混合燃料に含まれる異物の通過を制限する。そのため、異物は多孔質部材９７に堆積し、センサ部１２には付着しない。したがって、センサ部１２への異物の付着および堆積が低減され、混合燃料に含まれる特定成分の検出精度を高めることができる。
また、第１８参考形態では、多孔質部材９７に振動を与える振動発生部９８を備える。多孔質部材９７を用いることにより、混合燃料に含まれる異物は多孔質部材９７の表面に堆積しやすくなる。そのため、多孔質部材９７を振動発生部９８で振動させることにより、多孔質部材９７に堆積した異物の除去を促進することができる。
【０１０３】
（その他の実施形態）
以上説明した複数の実施形態では、圧電素子部１３と回路部１８とを主に貫通電極１９で電気的に接続する例について説明した。しかし、圧電素子部１３と回路部１８とは貫通電極１９に限らず、例えばボンディングワイヤやバンプなどで電気的に接続してもよい。また、図１４で説明したように、例えば圧電素子部１３などの濃度センサ装置１０の一部の素子を外部の実装基板１０３とボンディングワイヤやはんだボール３３などによって電気的に接続してもよい。
また、上述の複数の実施形態では、特定成分として生物由来のアルコールを含む混合燃料を液体として適用する例について説明した。しかし、液体は、例えば潤滑油、アルコール、あるいは水など、混合燃料に限らず任意に選択することができる。
【０１０４】
以上説明した本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の実施形態に適用可能である。
【符号の説明】
【０１０５】
図面中、１０は濃度センサ装置、１１は基板、１２はセンサ部、１３は圧電素子部（堆積制限部）、１８は回路部、１９は貫通電極、２２は凹部、２３、２６は絶縁膜、２７は絶縁体層、４１、４２は電極パターン（堆積制限部、圧電素子）、４３は電極部、５３、５４は電極パターン（堆積制限部、圧電素子）、６１、６２は電極パターン（堆積制限部、圧電素子）、７０は濃度センサ装置、７１は通路形成部材、７２はセンサ部、７３は堆積制限部、７４は燃料通路（液体通路）、７５は帯電部、７６は捕捉部、７７は除電部、８１、８３、８５は電極部材、８２、８４、８６は壁部、８７は振動発生部（振動付与手段）、９２は第二保護膜（保護膜部）、９５、９６は流路形成部、９７は多孔質部材（保護膜部）、９８は振動発生部（振動付与手段）、９９は振動体（振動付与手段）を示す。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
0005233762.tif 000008
【図８】
0005233762.tif 000009
【図９】
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【図１０】
0005233762.tif 000011
【図１１】
0005233762.tif 000012
【図１２】
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【図１３】
0005233762.tif 000014
【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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